第一篇煤矿掘进技术知识课件.ppt

LOGO2016、8第一篇煤矿掘进专业技术基础知识 第一章 掘进技术第一节 巷道掘进方法第二节 岩巷掘进第三节 煤巷、半煤岩巷掘进第四节 上、下山掘进2 2 第一节 巷道掘进方法v巷道掘进方法是指掘进方法和工艺的总称，主要包括破岩、装岩、运岩和支护等工序。v 破岩v 钻爆破岩法：就是利用电钻（或风钻）打眼、装药进行爆破。这种破岩法目前在我国大部分煤矿仍在广泛应用。v 综合机械化破岩法：就是利用掘进机对煤岩体进行切割和破碎，具有掘进速度快、效率高、巷道成形规整、岩体免遭炮震破裂、施工质量好等优点。这种破岩方法目前在我国部分煤矿的煤巷掘进中得到应用。3 3人工装岩。目前，多数小煤矿仍以人工装岩为主，大、中型矿井的巷道掘进施工有两种情况采用人工装岩方法：一是施工现场不具备采用机械装岩的条件；二是不具备机械化装岩的条件。装岩机械装岩。巷道装载机的主要类型有铲斗后卸式装岩机、铲斗侧卸式装岩机、耙斗装岩机和蟹爪装岩机等。4 4支护 为了维持巷道必要的断面尺寸，防治围岩发生危险的变形和垮落，必须采取各种方式对巷道进行支护。支护的主要目的在于控制围岩的移动，保持巷道安全使用空间，防治顶板事故的发生，确保煤矿生产的顺利进行。6 6二、巷道施工方法巷道掘进最基本的过程就是把岩石采用一定的手段破碎下来，形成设计所要求的空间，并对掘凿出的空间进行支护。巷道施工方法 巷道施工方法一般主要有两种：一种是分次成巷；另一种是一次成巷。7 7分次成巷。就是分次将巷道做成。具体做法是：先把巷道掘出来一段，并用临时支架暂时维护，以后再进行永久支护。这种方法只有在掘进工作面贯通的巷道时，为了避免发生较大的误差,在贯通前60100m范围内，或亟待贯通的通风、疏水、运料及采煤巷道才允许使用。一次成巷。就是把巷道施工中的掘进、支护、水沟及铺设永久轨道、安设永久管线等四个分部工程视为一个整体，在一定距离内，前后连贯地最大限度地同时施工，一次做成巷道，不留收尾工程。8 8岩巷掘进破岩方法 目前，我国钻爆法破碎岩石中普遍采用两类爆破方法：一类为普通爆破；一类为光面爆破，简称光爆。10 10光 面 爆 破光面爆破 光面爆破是在普通爆破基础上发展起来的一种控制爆破。其实质是在井巷掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线井巷轮廓线，将岩石崩落下来。应用光面爆破可使掘出的巷道轮廓平整光洁，便于锚喷支护，岩帮裂隙少、稳定性高、超挖量小，所以光面爆破是一种成本低、工效高、质量好的爆破方法。11 11二、岩巷掘进施工安全注意事项严格执行正规循环作业图表和钻眼爆破说明书的规定。在炮眼布置、爆破方法、凿岩操作、装岩运输和架设临时支护及永久支护时，应按各项操作规程操作，并执行其安全技术规定。加强顶板管理工作，特别在采用掘进与支护单行作业时，对临时支架要班班进行检查，发现安全隐患时，要先修复再掘进，防止出现冒顶将人员堵在里面。平行作业时，永久支护处的工作台必须搭设牢固，并且不准影响运输设备的通过。人员和车辆通过工作台时要有专设的联络信号。13 13第三节、煤巷、半煤岩巷掘进钻眼爆破法掘进煤巷由于煤比较容易破碎，在煤巷掘进中广泛采用煤电钻进行打眼，炮眼深度一般为1.52.5m。炮眼布置方式和岩巷的炮眼布置方式基本相同，一般情况下都采用斜眼掏槽形式，为了防止崩倒支架，掏槽眼布置在工作面中下部。当煤巷掘进断面内有较软煤层时，掏槽眼应布置在软煤层中，可用扇形或半楔形掏槽。煤巷掘进，由于人工装煤工人劳动强度大，生产率低，影响巷道掘进速度，已逐渐被机械装煤所替代。目前，我国煤巷掘进中常用的装煤机械是ZMZ-17型蟹爪式装载机。该装载机能连续装载，效率高；用履带行走，机动灵活，适应性强，装载宽度不受限制。15 15ZMZ-17型蟹爪式装载机16煤巷掘进施工中应注意的安全事项18 18二、半煤岩巷掘进半煤岩巷是指在掘进断面中，岩层（包括夹石层）占掘进工作面面积大于1/5小于4/5的巷道。巷道位置的选择巷道掘进断面的位置，有挑顶、卧底及挑顶兼卧底三种情况。多说情况下应尽可能不挑顶，而采取卧底，以保证顶板的完整性与稳定性。只有在煤层具有薄层假顶时，才将假顶挑去。另外在支护时，为了不破坏顶板可采用斜梁棚子或短腿棚子等。对于区段回风巷，由于它兼有向回采工作面送料的用途，为了送料方便，可采用挑顶掘进。在实际工作中，由于煤层地质条件的变化，为了满足生产的需要，保持巷道的方向和坡度要求，同一巷道挑顶、卧底的情况并非固定不变，有时甚至暂离煤层穿进全岩掘进。19 192、炮眼布置半煤岩工作面，由于煤层较软，掏槽眼多布置在煤层中。掏槽形式、炮眼间距和深度应根据巷道断面大小、煤层厚度和位置以及循环进度而定。煤、岩分次钻眼爆破时应加强顶板管理，防治崩倒支架，造成冒顶。施工组织半煤岩巷掘进的施工组织有煤、岩不分，全断面一次掘进和煤、岩分掘分运两种形式。施工中应尽量采取分掘分运的方式，以利于煤炭资源的回收，保证煤的质量。在分掘分运施工中应对煤、岩采用不同钻眼爆破、装运方法，绝不能为了方便混在一起。20 20第四节 上、下山掘进倾斜巷道斜井、上山、下山、溜煤眼等。斜井、下山一般由上而下施工；上山、溜煤眼多由下向上施工。由于巷道的倾斜角度和掘进方向不同，与平巷施工相比，在钻眼爆破、装岩运输、通风、排水等方面具有不同的特点。21 211.钻眼工作 下山掘进的特点是工作面在下面，根据其特点钻眼时应注意以下几点：在迎头打眼时，应将底部浮煤、俘矸清理到实底，排尽积水，严禁在水中打眼。在倾角较大的巷道打眼，每一个眼，钎杆拔出后立即插上木塞，防止浮煤、俘矸将眼封堵。迎头打眼作业，应时时注意防止发生跑车、透水事故，经常检查跑车防护装置的有效性，并注意透水预兆，发现问题及时处理。打周边眼时，为了便于把握巷道的坡度和方向，可现在工作面打一个标准眼，插上木棍，以示钻眼方向。谨防坡度不够，造成巷道“漂底”。22 22二、上山掘进1.钻眼工作24 242.通风掘进上山时应特别注意通风工作。由于瓦斯的相对密度小，常常积聚在上山掘进工作面附近，如果不采取措施，有可能发生瓦斯爆炸。因此，在瓦斯矿井上山掘进时，必须加强工作面的通风，甚至采取自上而下的开掘方式。25 25 第二章 顶板管理v第一节 巷道支护v 1.架棚支护v 2.锚喷支护v 3.锚索支护v第二节 掘进巷道顶板管理v 1.掘进工作面顶板管理的主要内容v 2.巷道掘进期间日常顶板管理内容v第三节 顶板事故防治v 1.顶板事故的分类及其易发地点v 2.顶板冒落的预兆v 3.处理巷道冒顶的方法v 4.巷道发生底鼓时的处理方法26一、架棚支护 棚式支架俗称棚子，由一梁（顶梁）两柱（柱腿）组成。是煤矿井下常用的支护形式。28 28金属支架金属支架具有坚固、耐用、防火、架设方便，可制成各种构件，可回收复用等优点。金属支架有金属梯形支架和金属拱形支架。金属梯形支架金属梯形支架有两种类型，一种为梯形刚性支架；另一种为梯形可缩性支架，一般多用梯形刚性支架，梯形可缩性支架应用较少。梯形刚性支架为一梁两柱结构。梁柱连接方式多采用在柱腿上焊接一块槽板，梁上焊接一块挡板，限制梁和柱腿上为了防止柱腿受压陷入底板，可在腿下焊一块钢板底座。梯形可缩性支架，也是一梁两柱结构。顶梁用矿工字钢，柱腿用“U”形钢，由两节构件组成，用卡缆连接，具有可缩性能。29 29架棚巷道防止倒棚的措施所有架棚巷道施工，迎头10米棚在爆破前必须加固。大于10（含10）的倾斜巷道必须使用永久性棚撑。地质构造变化带及岩石破碎地带，必须使用永久性棚撑。棚撑材料可用钢材，也可直径不小于50mm的塘材棍或40mm40mm的方木。可缩性拱形支架，每棚都必须使用永久性拉杆，其数量、规格、质量要在作业规程中规定。31 31架棚支护安全注意事项32 32三、锚喷支护锚喷支护时锚杆与喷射混凝土联合支护的简称。二者又可单独使用，称为锚杆支护与喷射混凝土支护。锚杆支护锚杆支护就是在巷道掘进后，先向围岩打眼，在眼孔内锚入锚杆，把巷道围岩予以加固，充分利用围岩自身的强度，从而达到支护巷道的目的。锚杆不同于一般的支架，它不只是消极地承受巷道围岩所产生的地压和阻止破碎岩石的冒落，而是通过锚入围岩内的锚杆来改变围岩本身的力学状态，在巷道周围形成一个整体而稳定的岩石带，锚杆与围岩共同作用而达到支护巷道的目的。锚杆支护时一种积极防御的支护方法。33 3334 34锚杆分类按照锚杆的锚固方式可分为机械锚固式锚杆：包括楔缝式、倒楔式及胀壳式锚杆。黏结式锚固锚杆：包括树脂锚杆、水泥锚杆及水泥砂浆锚杆。摩擦锚固式锚杆：包括管缝锚杆及胀管式锚杆。混合锚固式锚杆：同时使用两种或两种以上锚固方式的锚杆。35 35锚杆支护形式锚杆支护按组合构件可分为七类支护：单体锚杆；锚杆网；锚杆钢带；锚杆梁；锚杆桁架；锚杆锚索；多种组合，包括锚带网、锚梁网、锚杆桁架网、锚带（梁）网索等。根据巷道围岩稳定性，采用合适的锚杆支护形式。锚杆支护施工安全注意事项巷道锚杆支护施工必须依据作业规程进行，并且严格按照作业规程的规定组织施工。锚杆眼必须按作业规程要求得间距和排距布置，锚杆至迎头的间距必须小于锚杆的设计排距。打眼前必须敲帮问顶，撬掉活矸，按规定架设临时支护，严禁空顶作业。钻眼时应按事先确定的眼位标志处钻进。钻完后应将眼内的岩粉和积水吹（掏）干净。36 36锚杆眼应做到当班打的眼应当班锚。锚杆的外露长度要符合作业规程的规定，煤矿安全质量标准化要求是锚杆露出螺母长度为10-40mm。一根锚杆上不允许上两个托板或螺帽。锚杆眼必须按照规定角度打眼，不得打穿皮眼或沿顺层面，裂缝打眼。使用树脂锚杆时应用防护手套，未固化的树脂药包和固化剂具有毒性和腐蚀性，应避免与皮肤接触。破损的药包应及时处理，严禁树脂药包接触明火。锚杆安装时的预应力必须符合作业规程的规定，否则将可能导致重大事故的发生。37 37锚杆施工要执行“五不”制度38 38喷射混凝土支护喷射混凝土是将水泥、沙、石子（也即瓜子片）按一定比例混合搅拌后，送入混凝土喷射机中，用压缩空气将干拌和料或潮料送到喷头处，在喷头的水环处加水后，高速喷射到巷道围岩表面而起到支护作用的一种支护形式和施工方法，是一种不用模板，没有浇注和捣固工序的快速、高效的混凝土施工工艺。喷射混凝土支护具有及时、密贴、早强、封闭的特点。根据使用机具或施工方法的不同，喷射混凝土大致可分为干式喷射法、半湿式喷射法和湿式喷射法三种。目前，使用较多的是半湿式喷射法，半湿式喷射法采用的是潮料。所谓的潮料就是先将喷射混凝土的骨料在地面或井下矿车内用水浇透，停放最少10h以上，其含水率保持在7%8%，然后按水泥配比拌合过筛。39 39锚喷工应做好的安全工作锚喷工应佩戴劳动保护用品，如防尘口罩、护眼纱罩、风帽、长筒乳胶手套等。检查锚喷支护作业地段的围岩情况，尤其是初喷前要先敲帮问顶，清楚危岩活石，以保证安全。把机械布置在围岩稳定或已有支护的安全地带。喷射机、注浆机、水箱、风包等均应安设压力表、安全阀。高空作业搭设的工作台应坚固可靠，操作人员应佩戴安全带。发生堵管时，应尽量采用敲击法疏通，若用高压风吹通时，工作风压不超过0.5MPa，同时要放直输料管，喷射手应紧按喷头，前方严禁站人。40 40在锚喷支护区作业，喷后或注浆管严禁直接对人，非操作人员不得随便进入作业区。施工中应经常检查输料管，出料弯管及注浆管有无磨薄击穿现象，喷射机必须保持密封性能良好，发现问题及时处理。处理机械故障时，必须及时停机、断电；开机送电时，必须要先通知有关人员，以防发生安全事故。带式上料机的传动部分应有防护罩。喷射机内积料，严禁用手处理，繁殖发生人身事故。打锚杆眼前必须检查顶、帮，处理危石。打眼前前方严禁站人，防止断钎伤人。41 41联合支护锚杆和喷射混凝土支护各有优点，但也都有不足之处。锚喷联合支护，能使两者取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土层防止围岩风化剥落，并和围岩结合在一起，对锚杆表面间的岩石起支护作用，从而提高了岩石拱的承载能力。喷射混凝土可以有效控制锚杆间岩石的掉落，但其本身是脆性的，当岩石变形较大时，易于开裂剥落。因此，可以再锚杆与喷射混凝土之前敷设金属网，喷成钢筋混凝土层，提高喷层的整体性，改善喷层的抗拉性能，能有效地支护松散破碎的软弱岩层，形成了锚网喷联合支护。金属网用钢筋直径一般为612mm，钢筋间距一般为200400mm。42 42采用锚杆、锚喷等支护形式时，应遵守下列规定：锚杆、锚喷等支护的端头与掘进工作面的距离，锚杆的形式、规格、安装角度，混凝土标号、喷体厚度，挂网所采用金属网的规格以及围岩涌水的处理等，必须在施工组织设计或作业规程中规定。打锚杆眼，必须首先敲帮问顶，将活矸处理掉，在确保安全的条件下方可作业。使用锚固剂固定锚杆时，应将孔壁冲洗干净，砂浆锚杆必须灌满填实。软岩使用锚杆支护时，必须全长锚固。锚杆必须按规定做拉力试验。煤巷还必须进行顶板离层监测，并用记录牌显示。对喷体必须做好厚度和强度检查，并有检查和试验记录。在井下作锚固力试验时，必须有安全措施。锚杆必须用机械或力距扳手拧紧，确保锚杆的托板紧贴巷壁。采用人工上料；喷射机喷射混凝土、砂浆时，必须采用潮料，并使用除尘机对上料口、余气口除尘。喷射前，必须冲洗岩帮。喷射后应由养护措施。作业人员必须佩带劳动保护用品。43 43四、锚索支护锚索支护在煤矿的应用锚索支护技术在我国煤矿的发展较快，现在煤巷应用比较广泛。锚索通常用来加强支护。煤巷锚索的主要作用是将下部不稳定岩层悬吊在上部稳定岩层中，因而可按悬吊理论进行支护设计。锚索支护适用于大断面、地质构造破坏地段、顶板软弱且较厚、高地应力、综放巷道等困难、复杂的巷道中。我国煤巷锚索支护，一般采用质量较大、稳定性较好的地质钻机钻孔，孔径较大，大多在89mm及以上，锚索的坡断力也较大，采用注水泥浆或注树脂锚固。这种锚索锚固力虽大，但施工复杂、需设备较多，如用水泥浆锚固需养护67天、注树脂胶泥锚固需养护45天h后才能张拉，不能及时承载，影响了锚索在煤巷中的应用。44 4445 45第二节 掘进巷道顶板管理一、掘进工作面顶板管理的主要内容掌握巷道开掘后为围岩体的范围及围岩应力分布情况。根据影响巷道围岩应力的因素：围岩的性质、巷道所处的深度、巷道周围的地质构造、水文变化、巷道的断面形状与尺寸等，了解围岩应力分布情况及在此应力作用下围岩的变形和位移后，才能选择合适的支护材料、支护形式，达到维护巷道的目的。从有利于巷道围岩的稳定性出发，合理选择巷道的施工方法，减少各工序对顶板管理的影响。按作业规程规定控制工作面空顶距离和临时支护的长度，尽可能缩短工作面空顶时间和临时支护巷道的长度。施工中，做好基础资料的积累和隐蔽工程的记录工作。施工中和竣工时，按井巷工程质量标准进行检查和验收。46 46二、巷道掘进期间日常顶板管理的内容敲帮问顶。上班进入工作面，打眼放炮前均应敲帮问顶，处理隐患，排除不安全因素后再作业。控制工作面空顶距离，超过规定的空顶距应先支护后掘进。单孔长距离掘进，要经常检查工作面后方支架的情况，对于断梁、折腿或变形严重的支架，应加固修复。修复巷道时，修复地点以里的人缘应全部撤出，预防冒顶堵人。工作面内放炮崩倒的棚子应由外向里逐架扶棚复位。熟悉掘进巷道出现冒顶事故的原因，加强日常检查，采用针对性措施，预防冒顶片帮事故的发生。47 47第三节 顶板事故防治一、顶板事故的分类及其易发地点1.顶板事故矿井开采过程中的采掘工作面或在已掘的巷道内所发生的冒顶、片帮、掉矸等造成的人身伤亡和生产事故统称为顶板事故。2.巷道顶板事故分类从巷道顶板事故发生力源出发，可以把巷道顶板事故分为压垮型冒顶、漏垮型冒顶和推垮型冒顶三个类型。巷道顶板事故多发生在掘进工作面及巷道交岔点。3.掘进巷道易发生冒顶、片帮事故的地点48 48掘进工作面容易发生冒顶、片帮的地点主要有：49 49二、顶板冒落的预兆响声。岩层下沉断裂、顶板压力急剧加大时，支架会发生很大声响；有时也能听到采空区内顶板发出断裂的闷雷声。掉渣。顶板岩石已有裂缝和碎块，其中小矸石稍受震动就掉落。片帮。冒顶前煤壁所受压力增加，变得松软，片帮煤比平时多。漏顶。破碎的伪顶或直接顶，在大面积冒顶以前，有时因为背顶不严实或支架不牢而出现漏顶。若不及时处理，会使棚顶托空，支架松动。顶板岩石继续冒落，就会造成没有声响的大冒顶。裂缝。顶板的裂缝张开，裂缝增多。脱层（离层）。检查顶板是否脱层要用“敲帮问顶”的方法，如果声音清脆，表明顶板完好；如果顶板发出“空空”的响声，说明上下岩层以及脱离。瓦斯涌出量突然增大。顶板淋水增大。50 50三、处理巷道冒顶的方法1.按照处理冒顶的方法划分51 51直接支架法。在巷道围岩已经稳定，冒落矸石又不多，冒顶范围约为23架时，可采取直接支架法，即先在两帮掏出柱窝，然后立好柱腿，紧接着架设顶梁，并且插背好，最后清理底部煤矸。再往前依次照上述程序操作，直至处理完毕为止。撞楔法。当巷道冒落矸石很碎时，可采用撞楔法处理。在冒顶的地方先用撞楔向冒落碎矸深处打入，在撞楔的保护下，清理冒落的煤、矸，重新架设支架。撞楔的材料可选用钢轨或小圆木等。锚喷法。锚喷法适用于冒顶范围较大，具备锚喷支护设备的岩巷。先处理冒顶区域内顶板及两帮活矸，人员站在安全侧向冒顶区域顶部喷射一层厚3050mm的混凝土封固顶板，然后再封两帮。当初喷层凝固后再打锚杆，并及时挂网和复喷一次，复喷厚度不宜超过200mm。冒顶处理完后，按要求立模砌碹，也可架设金属支架等。木垛法。如果巷道冒顶范围较大，冒落高度较高，且冒落空洞以上顶板基本稳定，可以采用木垛法。其做法是先在冒落空洞里，以下部的冒落煤、矸为底加打木垛接顶，然后在木垛保护下清理煤矸，重新支架。在冒落空洞里加打木垛是带有一定危险的工作，操作时必须特别注意安全。操作前要站在有支架掩护的地点，用长把工具敲帮问顶，并设专人观察顶板变化情况 52 52四.巷道发生底鼓时的处理方法在松软破碎或塑性膨胀的岩层中掘进巷道，由于地下水和各种压力的作用，巷道产生底鼓。严重的底鼓能使巷道变形破坏、断面缩小，支架折断、损坏，影响运输、通风、排水，直接影响生产，危害极大。巷道的底鼓可以采取以下方法进行处理。53 53棚子铺设底梁。在底鼓不很严重、使用可缩性支架的巷道可在架棚前先卧底挖槽，铺设底梁，底梁下刹满背板，再架设上部支架，构成闭合型支架，然后回填铺轨。碹体砌反拱。采用砌碹支护，当底鼓严重时，可以实行短段掘砌。砌碹支护前，先卧底挖槽砌反拱，然后再砌上部碹体，形成闭合型碹体，最后回填铺轨。反拱的形状有半圆形、圆弧形、三心拱形。由于采用短段掘砌，必须注意接茬质量，而且必须使用料石块或混凝土预制块砌碹，以适应早期承压的特点。御压加固法。在底鼓最严重的地段，先剥出1m深的岩石，然后进行钻孔（孔深2.5m），间隔装药爆破，松动底板，过一段时间以后，往没有爆破的孔内注浆，用以加固底板。拉底。采用爆破的方法挖掉鼓起的岩石，恢复原来巷道高度。这种方法费工费时，影响正常施工，也不能根治底鼓，一般难以一次完成，需要多次拉底才能使底板稳定下来。拉底时要注意不要使原有的支架或碹基础“露脚”。54 54LOGO